सामग्रीची ओळख: निसर्ग आणि गुणधर्म (भाग 1: सामग्रीची रचना)
प्रा.आशिष गर्ग
साहित्य विज्ञान आणि अभियांत्रिकी विभाग
इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी, कानपूर
व्याख्यान – २८
नॉन-क्रिस्टलीय सॉलिड्स चष्म्याची रचना (संपाद.)
तर, आपण पुन्हा एका नवीन व्याख्यानाने सुरुवात करतो. तर, आणि हे पुन्हा नॉन-क्रिस्टलघन घनांच्या रचनेवर आहे, मुख्यतः चष्म्याच्या रचनेवर.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: ००:२२)
तर, आम्ही शेवटच्या व्याख्यानात काय चर्चा केली याची मी तुम्हाला एक पुनरावृत्ती देतो.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: ००:२७)
आम्ही नॉन-क्रिस्टलली सॉलिड्स म्हणून ओळखला जात असे. मुळात हे असे पदार्थ आहेत ज्यात कोणत्याही प्रकारच्या कालखंडाच्या स्वरूपात रेणूंची कालखंडात्मकता नाही. आपण विशेष कालखंड म्हणू या, ते खूप लहान श्रेणींमध्ये, काही नॅनोमीटरवर अस्तित्वात आहे आणि त्यापलीकडे, ते मोडते. तर, जर तुम्ही काही दहा नॅनोमीटर किंवा शेकडोपर्यंत गेलात तर. परिणामी, त्यांच्याकडे लांब पल्ल्याची कालखंडाची कमतरता नाही. आणखी एक गोष्ट म्हणजे त्यांच्याकडे निश्चित बाँड लांबी नसते. त्यांच्याकडे परिवर्तनीय बाँड लांबी नव्हती ज्यामुळे त्यांना एकाधिक रोखे ऊर्जा मिळते आणि परिणामी, ते अनेक तापमानांवर दृढ होतात आणि म्हणूनच स्फटिकसामग्रीच्या तुलनेत त्यांचे विस्तृत आणि विस्फारलेले वितळण्याचे वर्तन आहे जे वितळण्याच्या बिंदूवर खूप तीव्र वितळणारे संक्रमण दर्शविते.
तर, आणि एकूणच, हे साहित्य मूलभूत बिल्डिंग ब्लॉकवर आधारित आहे सिलिका आहे आणि ते संरचनेतील सिलिका-सिलिका रेणूंच्या व्यवस्थेद्वारे आहे, ज्यामुळे त्यांना एक अत्यंत विशिष्ट संरचना होऊ शकते. तर, आम्ही पाहिलेल्या पहिल्या रचनेत आम्ही शेवटच्या वेळी स्फटिकीय सिलिका पाहिले ज्यात सिलिकॉन टेट्राहेड्राची षटकोनी अॅरे सिलिका टेट्राहेड्रल तयार करते जर आपल्याला आठवत असेल की ते सिओ होते4 टेट्राहेड्रा.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: ०२:००)
कारण प्रत्येक सिलिकॉन अणूमध्ये या ऑक्सिजनअणूंपैकी ४ अणूंचा समन्वय असतो, जर हा ऑक्सिजन असेल तर हे सिलिकॉन आहे आणि मग तुमच्यात यामधील बंध आहेत आणि यामुळे टेट्राहेड्रल बनतो. जर तुम्ही या अणूंची येथे जोडणी केली, परंतु यामुळे ते टेट्राहेड्रल बनते आणि टेट्राहेड्रलच्या केंद्रस्थानी हे सिलिकॉन अणू आहे. त्यावर -४ चार्ज असल्याने त्याचा परिणाम म्हणून तो तटस्थ नाही आणि एकूणच विद्युत तटस्थता आहे याची खात्री करण्यासाठी ऑक्सिजन अणूंची देवाणघेवाण करणे आवश्यक आहे. तर, ते करण्याचा एक मार्ग म्हणजे एक षटकोनी जाळे बनविणे ज्यात आपल्याकडे अणूंचे कोपरे सामायिक करणे आहे.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: ०३:१०)
तर हे सर्व अशा पद्धतीने व्यवस्थित केलेले बहुविधाआहेत. तर, ते षटकोनी नेटवर्क बनवतात. तर, आपण येथे एक सामायिक केले आहे, दुसरा येथे सामायिक केला आहे, दुसरा येथे सामायिक केला आहे आणि दुसरा वर सामायिक केला आहे, ठीक आहे. हे त्रिमितीय नेटवर्क आहे म्हणून मी येथे जे दाखवत आहे ते २ डी मध्ये आहे. तर, प्रत्येक कोपरा दोन बहुविध सामायिक करतो. तर, तुमच्याकडे जे असेल ते म्हणजे सिओ4. तर, तुमच्याकडे हे एसआयओ आहेत4 युनिट्स आणि नंतर प्रत्येक कोपऱ्याने सामायिक केलेल्या प्रत्येकासाठी २ पॉलिहेड्रल दरम्यान सामायिक केले.
तर, आपण येथे जे पाहतो ते विमानात आहे, परंतु विमानातूनही सामायिक केले आहे. तर, हे या बहुविधाचा वरचा भाग आहे, उदाहरणार्थ, हे पहिल्याने सावली देणार आहे. तर एक येथे, दोन येथे, तिसरा येथे, चौथा येथे, सी २ ने विभागलेल्या केंद्रस्थानी आहे तो सिओ२ असणार आहे. तर, हे स्फटिकरूप आहे ज्यात बहुविधाची षटकोनी श्रेणी आहे.
आता, आणखी एक गोष्ट जी आपण करू शकता ती म्हणजे अरूप सिलिका. अरूप सिलिका अशा पद्धतीने उपस्थित राहील. तर, आपल्याकडे हे पॉलिहेड्रल आहे जे कमी-अधिक प्रमाणात यादृच्छिक पद्धतीने उपस्थित आहेत. येथे कुठेतरी असेल आणि त्याचे आणखी एक नेटवर्क असेल. कोणताही निश्चित कोन नाही आणि शेजाऱ्यांची निश्चित संख्या नाही. आता येथे समस्या पुन्हा विद्युत तटस्थतेची आहे.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: ०५:४१)
तर, अशा प्रकारचे यादृच्छिक नेटवर्क असणे, हे यादृच्छिक नेटवर्क तेव्हाच शक्य आहे जेव्हा कोपरे दुसर् या गोष्टीद्वारे सामायिक केले जातात. जेणेकरून असे काहीतरी आहे जे विद्युतदृष्ट्या निष्प्रभ करत आहे आणि हे अशुद्धतेच्या जोडीने घडते. म्हणून, उदाहरणार्थ, जेव्हा आपण जोडता तेव्हा आपण पाहू शकता की मागील रचनेत, आपण शेजारच्या बहुहेद्रलद्वारे चार कोपरा सामायिक केला होता.
या बाबतीत, तुम्हाला शेजारी बहुहेद्रल दिसत नाही, आपण पाहू शकता की यात सामायिक असू शकते, परंतु यात सामायिक होणार नाही. तर, या बाबतीत, आपण आता जोडता, ज्याला आपण कार्यात्मक गट किंवा अशुद्धऑक्साइड म्हणून म्हणतो. तर, उदाहरणार्थ, जर तुम्हाला आम्हाला म्हणू द्या (सिओ4)4- चार पॉलिहेड्रलसोबत शेअर करण्याऐवजी तुम्ही तीन पॉलिहेड्रल म्हणू या. हा ऑक्सिजन सामायिक केला जातो, हा ऑक्सिजन सामायिक केला जातो, हे सामायिक केले जाते, परंतु हे सामायिक केले जात नाही. तर, याचा अर्थ असा आहे की अतिरिक्त शुल्कात, या अतिरिक्त शुल्काची भरपाई आपण सांगू या की जर आपल्याकडे अशुद्धता असेल तर. म्हणून, उदाहरणार्थ, आपण सोडियम प्लस पोटॅशियम आणि यापैकी काही अशुद्धता त्या गटाला जोडू शकता आणि ते सुनिश्चित करतील की ते तेथे असलेले अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन घेतील कारण हे सर्व इलेक्ट्रोपॉझिटिव्ह घटक आहेत. तर, ते विद्युतदृष्ट्या तटस्थ संरचना तयार करणार् या गटांशी स्वत: ला जोडतील.
तर, के सारख्या गोष्टी2ओ, ना2ओ, सीएओ, विविध घटक काचेच्या रचनेत प्रवेश करू शकतात, अशा प्रकारे संरचनेत बदल करू शकतात. तर, ते बहुहेद्रल आता अशा पद्धतीने सामायिक केले जात नाही. तर, प्रत्येक ऑक्सिजन दोन बहुविध सामायिक करतो. ते एक यादृच्छिक नेटवर्क प्रकार बनवतात.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: ०९:२७)
तर, ही प्रतिमा आपल्याला पहायला आवडेल. तर, ही अरूप सिलिका आहे, परंतु या बाबतीत, विद्युत तटस्थता राखावी लागेल आणि विद्युत तटस्थता एखाद्या प्रकारच्या निष्प्रभ घटकाच्या उपस्थितीने केली जाणार आहे, जी एक अशुद्धता असू शकते, मुळात आरोप निष्प्रभ करण्यासाठी. तर, सिलिकाचे विविध प्रकार आहेत, आता मी तुम्हाला हे कसे घडते ते दाखवू इच्छितो. तर, आपण असे म्हणू या की सिलिका स्ट्रक्चरल युनिट्स वेगवेगळ्या प्रकारे सादर केली जाऊ शकतात.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: १०:०४)
तर, निकष असे आहेत की, किती संख्येने ऑक्सिजन आयन सामायिक केले जातात, ते पहिले स्तंभ संरचनात्मक युनिट आहे मग आपण लिहितो, चार्ज बॅलन्स काय आहे, नंतर शेवटी पाहूया, आपण उदाहरण पाहूया. तर, आपण मागील स्लाइडवरून पाहता की मुख्य गोष्ट म्हणजे हे जोडी नसलेले इलेक्ट्रॉन किंवा असमतोल प्रभार कसे सामावून घेते. कारण ते विद्युतदृष्ट्या तटस्थ असले पाहिजे, ही चतळाची रेषा आहे. मग, ते कसे करावे लागेल?
तर, पहिली गोष्ट म्हणजे, आपण असे म्हणू या की सामायिक ऑक्सिजनची संख्या ० आहे. तर, या बाबतीत, स्ट्रक्चरल युनिट एक टेट्राहेड्रल असेल. जर शेअरिंग नसेल, याचा अर्थ तो राहणार असेल, तर तो तयार होईल. तर, ही बेटांची रचना आहे. आयलंड प्रकार सिओ4 एक प्रकारची रचना, आणि येथे आपण चार्ज बॅलन्स पाहू शकता, सिलिकॉन आपल्याला अधिक 4 ऑक्सिजन देणार आहे जे आपल्याला वजा 8 देणार आहे.
तर, तुमच्याकडे उरलेला एकूण शुल्क वजा 4 आहे, जिथे पॉलिहेड्रलची कोणतीही देवाणघेवाण नाही आणि त्यानंतर ओलिव्हिन संरचित सामग्रीसारखे साहित्य आहे. आपण पाहू शकता की या मॅग्नेशियम आणि लोह अणूंची संलग्नता आहे, जी चार्ज न्यूट्रॅलिटी ची स्थिती पूर्ण करते.
तर, हे असे सिगन्स आहेत जे स्वत: ला सिलिकेट पॉलिहेड्रासह जोडण्यासाठी दिसतात. जेणेकरून वजा ४ असा अतिरिक्त चार्ज मॅग्नेशियम लोहाद्वारे घेतला जातो. तर, ते एमजीसी, एमजीअसू शकते2सिओ4तो एक फे असू शकतो2सिओ4किंवा ते एक एमजी, एक फेसिओ४ असू शकते आणि जर ते दोघेही +2 चार्ज स्टेटमध्ये असतील, तर आपण त्यापैकी काही अंश घेऊ शकता. तर, ते बहुविधाच्या कोपऱ्याशी स्वत: ला जोडून ते चार्ज-न्यूट्रल बनवतील. तर, ही मूलत: एक ओलिव्हिन रचना आहे, चादरीसारखी रचना आहे. या श्रेणीतील दुसरी रचना अशी असेल जेव्हा सामायिक ऑक्सिजन अणूची संख्या १ च्या बरोबरीने असेल आणि या बाबतीत, आपल्याकडे अशा प्रकारे प्रथम बहुविधा, अशा प्रकारे दुसरा बहुहेद्र असेल.
तर, या बाबतीत, पहिली रचना ऑर्थोरहोमबिक होती आणि दुसरे प्रकरण पुन्हा बेटप्रकारची रचना आहे कारण ती अशी रचना बनवत नाही जी थ्रीडीमध्ये सतत असते कारण आपल्याकडे संपूर्ण सामायिक नाही. तर, सिलिकॉन अधिक 8 असेल, ऑक्सिजन आपल्याला वजा 14 देईल आणि निव्वळ उणे 6 सी असेल2ओ7 रेणू. याला त्याचे एक सर्पिल रूप म्हणतात आणि हे साहित्य उदाहरणार्थ, हेमिमॉर्फाइट आहे, ज्याची रचना झेडएन आहे4सिओ2, (ओएच)2. एच2उदाहरणार्थ, हे बहुविधात ऑक्सिजनअणूंच्या एका आपटाच्या सामायिकतेचे प्रकरण आहे, फारसे सामान्य नाही, परंतु त्याचे उदाहरण आहे. तिसर् या ला याचे 2 शेअरिंग म्हणतात, परंतु या बाबतीत, आपल्याकडे जे आहे ते सिओचा एकच थर आहे3 हे २ वजा आहेत.
तर, आपण येथे जे तयार कराल ते एक साखळी आहे, आपल्याकडे अशा प्रकारची रचना असेल. तर, आपण पाहू शकता की आपल्याकडे फक्त दोन शेजारी आहेत, त्यात फक्त साखळीसारखी रचना नाही 3डी रचना आहे. तर, या दोन्ही बाजूंनी फक्त सामायिक केले आहे म्हणून, हे सिओ आहे3 एकल थर, आपण अशा प्रकारची रचना करू शकता ज्यात ते षटकोनी चादर बनवेल, फक्त एकच चादर रचना फक्त एकच चादर आणि याला चेनरिंग रेणू म्हणून म्हणतात जे (सिओ) आहे3)2- फक्त २ पट शेअरिंग.
तर, या दोन्ही बाबतीत, निव्वळ चार्ज समान आहे, आपण पाहू शकता की सिलिकॉन अधिक 4 आहे, ऑक्सिजन वजा 6 आहे आणि त्यानंतर एमजीएसआयओसारखी संयुगे आहेत3असणे3अल2(सिओ३)6. तर, ही संयुगे अशा प्रकारच्या रचनेचे अनुसरण करतात. इतर उदाहरणे ज्यात आपण १, २, ३, ४, ५ असे किती स्तंभ काढणे आवश्यक आहे हे समाविष्ट केले आहे. तुमच्याकडे एक नमुना आहे, पण हा नमुना थ्रीडीमध्ये त्याची पुनरावृत्ती कशी करतो? उदाहरणार्थ, तुमच्याकडे फक्त एकच आहे, इथे कॉर्नर शेअरिंग नाही. या बाबतीत, जरी कोपऱ्यात सामायिक केले जात नसले तरी. फक्त एकच कॉर्नर शेअरिंग आहे, या बाबतीत ते फक्त 2 कॉर्नर-शेअरिंग आहे. तर, त्या सर्व अर्ध-स्फटिकरचना आहेत.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: १७:३०)
आता, आपण हे पाहूया. तर, आता, आपण पुढील काय आहे ते पाहूया. पुढचा मनोरंजक आहे; आम्ही त्याला अडीच शेअरिंग म्हणतो.
तर, अडीच शेअरिंगमध्ये जे घडले ते मूलत: असे आहे की, आपल्याकडे अशा प्रकारचा थर आहे. मी आणखी एक बहुविधा काढू इच्छितो, त्यापैकी ३ सामायिक करीत आहेत. तर, तुमच्याकडे एक माणूस येथे सामायिक केला आहे, दुसरा माणूस येथे सामायिक केला आहे आणि हा माणूस येथे सामायिक केला आहे. तर, याला पॉलिहेड्रा किंवा ऑक्सिजनचे अडीच सामायिक म्हणून म्हणतात. याला दुहेरी रचना म्हणतात, जी (सी.4ओ11)6-.
तर, या बाबतीत, चार्ज बॅलन्स असेल, आपण पाहू शकता की सिलिकॉन 16 असेल, ऑक्सिजन वजा 22 असेल, हे वजा सहा असेल. तर उदाहरणार्थ, ट्रेमोलाईट, अ ॅस्बेस्टॉस सारखी खनिजे या प्रकारच्या अनुक्रमाचे अनुसरण करतात ही द्विमितीय चादरी आहेत. या प्रकरणात त्रिमितीय जोडी नाही. ही फक्त द्विमितीय चादरसारखी रचना आहे. आणि, या बाबतीत, जोडी फक्त या दिशेने होती. इथे जोडी नव्हती. तर, येथे कोणतीही जोडी नाही, येथे जोडी नाही, प्रभावीपणे ते अडीच आहे कारण त्यापैकी काही २ मध्ये जोडलेले आहेत, त्यापैकी काही ३ मध्ये जोडलेले आहेत, प्रभावीपणे ते अडीचमध्ये कार्य करते. तर, त्रिगुणी श्रवण या पद्धतीने आहे जसे आपण. म्हणून, जर आपण हे चालू ठेवले तर तीच रचना जी उपस्थित आहे.
तर, मुळात ते जोडले जाऊ दिले जाते, त्याला या दिशेने, या दिशेने, या दिशेने आणि या दिशेने जोडले जाण्याची परवानगी आहे, परंतु उभ्या दिशेने नाही. तर, हे असेल, आपल्याला या ओळी योग्य आखल्या पाहिजेत. नाहीतर वरच्या हाडाची आठवण येईल.
त्याचप्रमाणे या प्रकरणात वाय-डायरेक्शन बेअरिंग गहाळ झाले होते आणि हे गहाळ झाले होते. तिथे कोणतीही उणीव भासली नाही आणि कोणताही वरचा बाँड बरोबर नव्हता. इथे फक्त वरचा बाँड गहाळ आहे. एक्सवाय जोड्या आहेत आणि या रचनेला मुळात चादरीसारखी रचना, चादरसारखी रचना असे म्हणतात. त्यात (सी.2ओ5)2-. तर, सी असे असेल की आपण येथे पाहू शकता, शिवाय 8, ऑक्सिजन वजा 10 निव्वळ वजा 2 ले असेल, आपण मस्कोव्हिट किंवा मायका म्हणू शकता.
तुम्ही कदाचित मायकाबद्दल ऐकलं असेल. हे मुळात केएल २ (ओएच) म्हणून संयुग आहे2 ३अलो10. तर, गुंतागुंतीची फॉर्म शीटसारखी रचना आणि मग शेवटची जोडी ४ जोडी होती.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: २३:००)
आम्ही पहिल्या स्लाइडमध्ये पाहिल्याप्रमाणे, आपल्याकडे सिओ2 टेट्राहेड्राचे 3डी नेटवर्क आहे आणि हे एसआयओ2 4 वजा एसआयओ आहे2. तर, आपल्याकडे येथे आहे सी मध्ये 4 ऑक्सिजन वजा 4 असेल, निव्वळ 0 असेल.
तर, हे मुळात क्रिस्टलीय सिलिका आहे, ज्याला क्वार्ट्झ म्हणतात. तर, टेट्राहेड्रा दरम्यान ऑक्सिजन कसा सामायिक केला जातो यावर अवलंबून असलेल्या घनपदार्थांचे हे विविध प्रकार आहेत. तर, या साहित्यांची एक संपूर्ण विविधता आहे.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: २४:०४)
उदाहरणार्थ, फ्यूज्ड सिलिकामध्ये सिलिका टेट्राहेड्राच्या थ्रीडी यादृच्छिक जाळ्याचे प्रतिनिधित्व करण्यासाठी, काही सिलिका अरूप आहे. तर, आपण पाहू शकता की आपल्याकडे ६ पॉलिहेड्रा आहेत, परंतु ते सर्व यादृच्छिक कोनात आहेत, विविध खेळ संभाव्य समन्वय आहेत. तर, काही ठिकाणी सिलिकॉन-सिलिकॉनचे अंतर जास्त असते, काही ठिकाणी सिलिकॉन-सिलिकॉनचे अंतर कमी असते. तर, त्यात नियमित वेळोवेळी व्यवस्था नसते.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: २४:३३)
मुळात अशुद्धता जोडून हा प्रकार साध्य होतो. आणि हे मुळात अशुद्धता आहेत, काचेचे मऊ तापमान कमी करतात जे अन्यथा खूप जास्त आहे. आणि जर तापमान कमी होण्याचे प्रमाण खूप जास्त असेल, तर तुम्ही काचेला अशा आकारात अडकू शकत नाही ज्याची आपल्याला खूप सहजपणे आवश्यकता असते आणि म्हणूनच चष्म्यात सोडियम ऑक्साइड, पोटॅशियम ऑक्साइड सारख्या या अशुद्धतेची भर पडते. तर, विविध आकारांमध्ये साच्यात जाण्यासाठी काचेला आवश्यक प्रमाणात मऊपणा प्राप्त करण्यास सक्षम आहे.
तर, आह, म्हणून कदाचित आपण हे व्याख्यान येथे खूप लवकर संपवू शकतो.
(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: २५:१६)
तर, आपण काय करता की आपल्याकडे काचेत अशुद्धता आहे आणि हे मऊ तापमानात बदल करण्यासाठी जोडले गेले आहेत. तर उदाहरणार्थ, जर तुमच्याकडे अशी रचना असेल, तर अशा प्रकारे टेट्राहेड्रा विशिष्ट संरचनांमध्ये सामायिक केले जातात.
आता, हे कोपऱ्यात सामायिक केले जाते. जर तुम्ही त्यात सोडियम जोडले, उदाहरणार्थ, ते कसे दिसू शकते, तर आपल्याकडे असे टेट्राहेड्रल असू शकते, जे येथे एका सोडियमशी जोडलेले आहे आणि आपल्याकडे आणखी एक टेट्राहेड्रल असू शकते, जे स्वत: शी जोडलेले राहू शकते. तर, या दरम्यानचा मुद्दा मोडून ते सैल टेट्राहेड्रल बनतील, उदाहरणार्थ, सोडियमच्या जोडीने हा बंध मोडला जातो. तर, हे असे म्हणू शकता की सोडियम एक काचेचा मॉडिझर आहे, किंवा तो नेटवर्क मॉडिझर आहे. तर, उदाहरणार्थ, काचेची चिकटपणा अशा प्रकारे बदलणार आहे. हाच उद्देश आपण पुढच्या वर्गात पाहतो अशा इतर विविध घटकांची भर घालून साध्य होतो. तर, मुळात या वर्गात आपण विविध प्रकारचे चष्मे, चष्म्यांच्या रचना आणि चष्म्यामध्ये विविध संरचनांमध्ये विकसित होण्यासाठी विविध पॉलिहेड्रॉन्समध्ये ऑक्सिजन सामायिक करण्याची पद्धत पाहिली आहे.